近日，我所氢能与先进材料研究部碳资源小分子与氢能利用研究组（DNL1905组）孙剑研究员与内蒙古大学刘健教授等合作，发表了调控二氧化碳（CO2）加氢产物选择性的催化剂设计综述性文章，系统总结了催化剂活性中心的化学状态、尺寸大小、晶面效应等因素对调控CO2加氢产物选择性的影响，提出CO2选择性加氢催化剂的普适性设计策略。
CO2催化加氢可以利用废弃CO2合成附加值化学品，包括C₁产物（如一氧化碳、甲烷、甲醇）和C2+产物（如烯烃、乙醇、汽油、航油等），具有良好的工业应用前景。然而，由于加氢混合物产物的分离成本较高，因此设计高效催化剂提升特定产物选择性是实现工艺经济性的关键问题之一。由于CO2加氢反应网络复杂，且催化剂表面存在多种活性位点，产物的选择性调控仍面临挑战。
本综述针对如何理性设计催化剂用于调控CO2加氢产物选择性这一关键科学问题，首先归纳总结了经典的CO2加氢合成反应路径，为催化剂的原子尺度设计提供启示；重点讨论了催化剂的理性设计原则，包括从催化剂活性中心的化学状态、尺寸大小、晶相效应、协同效应和结构性质等角度进行催化剂设计，用于CO2加氢产物选择性调控；在此基础上，从催化反应工程角度阐述了调控CO2加氢选择性的方法；最后探讨了该领域面临的挑战和展望，为原子尺度上设计高效加氢催化剂提供理论指导，助力碳中和发展。
近年来，孙剑研究团队长期致力于CO2加氢制备高值化学品研究，并取得了系列研究进展，包括CO2活化新路径（Nat. Chem.，2024；Nat. Commun.，2021），以及CO2加氢合成液态烃（Nat. Commun.，2017）、烯烃（Angew. Chem. Int. Ed.，2024）和醇类（Angew. Chem. Int. Ed.，2024；Angew. Chem. Int. Ed.，2023）等。此外，团队还实现了该类催化材料的吨级规模化制备，并与企业合作将其成功应用于全球首套千吨级二氧化碳加氢制汽油示范装置，为十万吨级工业装置建设及应用奠定了基础。
相关工作以“Design of catalysts for selective CO2 hydrogenation”为题，发表在《自然-合成》（Nature Synthesis）上。上述工作得到国家自然科学基金等项目的支持。（文/图 孙剑）
